L'environnement spatial de la terre
V. Pierrard
UCL
Avant-proposXIX
Chapitre 1 Le Soleil, notre étoile21
1. Introduction21
2. Principales caractéristiques du Soleil21
3. Origine du Soleil21
4. Fusion de l'hydrogène22
4.1. Chaîne proton-proton23
4.2. Le cycle CNO23
5. Fusion nucléaire dans les tokamaks24
6. Mort des étoiles24
6.1. Combustion de l'hélium25
6.2. Combustion du carbone26
6.3. Combustion de l'oxygène26
7. Diagramme de Hertzsprung-Russell26
8. Abondance des éléments28
9. Spectres29
10. Galaxie30
11. Soleil interne31
12. La photosphère32
13. Les taches solaires32
14. Nombre de rotations de Carrington32
15. Le cycle d'activité solaire33
16. Diagramme de Maunder34
17. La chromosphère36
18. La couronne solaire37
19. Éruptions solaires37
20. Éjections de masse coronale37
Chapitre 2 L'espace interplanétaire39
1. Introduction39
2. Le champ magnétique interplanétaire39
3. La surface neutre de l'héliosphère40
4. Le champ spiral41
5. La jupe de ballerine et les secteurs41
6. Les trous coronaux42
7. Le vent solaire42
8. Influence de l'activité sur le vent solaire43
9. Région d'interaction en co-rotation45
10. L'héliosphère45
11. L'héliopause46
12. Les comètes47
13. Le noyau des comètes48
14. La chevelure49
15. La queue de poussière49
16. La queue de plasma49
17. Origine des comètes50
18. Mort des comètes51
19. Étoiles filantes, bolides et météorites51
20. Les plasmas de l'espace52
Chapitre 3 Théorie cinétique55
1. Introduction55
2. Fonction de distribution des vitesses55
3. Définition des grandeurs macroscopiques57
4. Équation de Liouville à une particule58
5. Équation de Liouville59
6. Équation de Boltzmann59
7. Longueur de Debye61
8. Équation de Vlasov62
9. Équation de Fokker-Planck63
10. Propriétés du terme de Boltzmann63
11. La fonction de distribution des vitesses de Maxwell65
12. Calcul des premiers moments de la fonction de Maxwell66
13. Observations de fonctions de distribution des vitesses68
Chapitre 4 Théorie hydrodynamique : approche macroscopique73
1. Liens entre l'approche cinétique et l'approche hydrodynamique73
2. Équation de continuité (conservation de la masse)73
3. Équation du mouvement (transfert de quantité de mouvement)74
4. Équation d'énergie (conservation de l'énergie cinétique)75
5. Approximation d'Euler (5 moments)76
6. Approximation de Navier-Stokes77
Chapitre 5 Application aux atmosphères79
1. Introduction79
2. Équilibre hydrostatique79
3. Atmosphère neutre79
4. Équilibre de diffusion et équilibre de mélange80
5. Atmosphère ionisée81
6. Variation linéaire de la température83
7. Variation de l'accélération de la pesanteur avec l'altitude83
8. Modèle de Chapman pour la couronne solaire84
9. Modèle hydrodynamique de Parker du vent solaire84
9.1. Équation de continuité85
9.2. Équation du mouvement85
9.3. Solution de l'équation86
10. Libre parcours moyen88
11. L'exobase88
12. Orbites des particules dans l'exosphère89
13. Vitesse de libération91
14. Satellisation91
15. Flux d'échappement à l'exobase92
16. Échappement du vent solaire93
17. Flux d'hydrogène s'échappant de l'atmosphère terrestre94
18. Flux d'hélium s'échappant de l'atmosphère terrestre95
Chapitre 6 Interactions Soleil-magnétosphère101
1. Introduction101
2. Le champ magnétique de la Terre101
3. Inversion du champ magnétique terrestre103
4. Champ magnétique dipolaire103
5. Champ géomagnétique de référence international (IGRF)105
6. Magnétosphères planétaires106
7. La magnétosphère terrestre106
8. L'onde de choc107
9. La magnétopause107
10. La queue de la magnétosphère108
11. Le Temps Magnétique Local108
12. Les aurores polaires109
13. Les ovales auroraux110
14. Les cornets polaires111
15. Les ceintures de radiation112
16. Découverte des ceintures de radiation par Van Allen112
17. Les ceintures de radiation artificielles113
18. Sources des ceintures de radiation114
19. Pertes des radiations spatiales115
20. L'Anomalie Sud Atlantique115
21. Modèles des radiations116
22. Dynamique des particules piégées118
22.1. Effet du cycle solaire118
22.2. Mouvement séculaire du champ magnétique118
22.3. L'anisotropie des protons de basse altitude118
22.4. Conditions magnétosphériques119
23. Ceintures de radiation des autres planètes119
24. Interaction du vent solaire avec la magnétosphère119
Chapitre 7 La météorologie spatiale121
1. Introduction121
2. Orages magnétiques122
3. Les courants magnétosphériques122
4. Variation solaire du champ magnétique124
5. Les indices d'activité aurorale124
6. L'indice Dst125
7. L'indice géomagnétique planétaire de Bartels Kp125
8. Autres indices planétaires d'activité magnétique126
9. L'indice de flux radio solaire128
10. L'Indice polaire PC128
11. Caractéristiques des indices durant les orages magnétiques128
12. Reconnexion130
13. Pénétration impulsive131
Chapitre 8 Mouvement des particules chargées133
1. Introduction133
2. Équation du mouvement134
3. Mouvement de giration135
4. Mouvement d'oscillation entre deux points miroirs136
5. Dérive azimutale137
6. Dérive due à la force gravifique137
7. Dérive due à la force électrique139
8. Dérive due à la force magnétique139
9. Dérive due à la courbure des lignes de force magnétiques140
10. Dérive due à la force d'inertie141
11. Dérive totale141
12. Les invariants adiabatiques142
12.1. Premier invariant adiabatique143
12.2. Second invariant adiabatique143
12.3. Troisième invariant adiabatique144
13. Les coordonnées (B, L)144
Chapitre 9 L'ionosphère et la plasmasphère147
1. Couches ionosphériques147
2. Un peu d'histoire148
3. Photo-ionisation149
4. Taux de production électronique149
5. Taux de disparition électronique150
6. Variation de la densité électronique au cours du temps150
7. Couche de Chapman151
8. Perturbation dans le positionnement par satellites152
9. Propagation des ondes dans l'ionosphère152
10. Atténuation des ondes152
11. Variabilité de la densité avec l'activité géomagnétique154
12. Les courants ionosphériques154
13. L'électrojet auroral154
14. Courants électriques reliant la magnétosphère à l'ionosphère155
15. La circulation du plasma ionosphérique155
16. La plasmasphère157
17. La formation de la plasmapause157
18. Les satellites Cluster et Image158
19. Les champs électriques magnétosphériques160
19.1. Le champ électrique de co-rotation161
19.2. Le champ électrique de convection161
20. Le vent polaire163
Chapitre 10 L'atmosphère neutre de la Terre165
1. Composition de l'atmosphère sèche165
2. Hétérosphère/homosphère165
3. Profil de température167
4. La troposphère167
4.1. Les gaz non dominants168
4.2. Chimie troposphérique170
5. La stratosphère170
5.1. L'ozone stratosphérique ou couche d'ozone170
5.2. Aérosols stratosphériques171
6. La mésosphère172
6.1. Mesures dans la mésosphère173
6.2. Nuages mésosphériques polaires174
7. La thermosphère174
8. L'exosphère175
Chapitre 11 Effets du rayonnement solaire177
1. Introduction177
2. Le rayonnement émis par le Soleil177
3. Spectre solaire178
4. Lois du corps noir178
5. La constante solaire180
6. Équilibre radiatif181
7. Changements climatiques182
8. Petite glaciation183
9. Le rayonnement cosmique183
10. Fenêtre optique184
11. Effet du rayonnement solaire et réactions chimiques185
12. Évolution temporelle d'un système physico-chimique186
13. Mécanisme de Chapman pour la production de l'ozone187
14. Évolution de l'atmosphère188
15. Les phénomènes lumineux éphémères189
15.1. Les sylphes189
15.2. Les jets bleus189
15.3. Les elfes189
Chapitre 12 Les atmosphères planétaires191
1. Introduction191
2. Caractéristiques des planètes191
3. Mercure192
4. Vénus193
5. Mars194
6. Astéroïdes196
7. Jupiter196
8. Saturne197
9. Uranus198
10. Neptune199
11. Pluton199
12. Les exoplanètes199
Liste des symboles201